Процесс проветривания забоев

Общие сведения

Рудничная вентиляция — отрасль горного дела, охватывающая научные основы и технические средства по обеспечению обмена воздушной среды в подземных горных выработках с атмосферным воздухом. При перемещении атмосферного воздуха по подземным выработкам изменяется его физическое состояние (давление, температура, влажность, плотность), химический состав, происходит загрязнение его механическими примесями. Содержание кислорода уменьшается в результате окисления пород и материалов в выработках за счет увеличения содержания азота, метана, углекислого и ядовитых газов, образовавшихся в процессе производства взрывных работ. В воздух поступает минеральная пыль, образующаяся при бурении шпуров, погрузке породы, взрывных работах.

Основная задача проветривания — это поддержание параметров рудничного воздуха в заданных пределах.

Состав и физические свойства рудничного воздуха

Рудничный воздух — это смесь атмосферного воздуха, активных газов и мертвого воздуха (смесь углекислого газа С0₂ и азота N₂ при отсутствии кислорода) или смесь газов и паров, заполняющая горные выработки.

Входящая струя воздуха должна быть следующего состава:

0,03% С0₂ + 20,93% 0₂ + 79,04% N₂, а исходящая — 0,65% СН₄ + 0,305% С0₂ + 20,34% 0₂+ 78,705% N₂.

Рудничный воздух, в котором находятся или могут находиться люди, должен содержать не менее 20% кислорода по объему и не более 0,5% углекислого газа. Содержание других газов не должно превышать допустимых концентраций (табл. 70).

Таблица 70.

Газы, которые могут находиться в выработке, обладают следующими свойствами.

Окись углерода (СО) — газ без цвета, запаха и вкуса, легче воздуха. При вдыхании СО начинается кислородное голодание. Реакция между кислородом, окисью углерода и гемоглобином крови обратима. Поэтому степень и быстрота отравления зависит от концентрации СО, интенсивности дыхания и кровообращения, от дыхания непрерывно или в чередовании с дыханием чистым воздухом.

Человек теряет сознание после нескольких вдохов при концентрации окиси углерода 1%. При концентрации 0,048% и вдыхании в течение 1 ч происходит слабое отравление, что вызывает шум в ушах, головную боль, головокружение, сердцебиение; 0,128% после вдыхания в течение 0,5… 1,0 ч — тяжелое отравление (к вышеперечисленному добавляется потеря способности двигаться и притупление сознания); при концентрации 0,4%, даже в короткий промежуток времени вдыхания, может наступить смерть.

Углекислый газ (С0₂) — без цвета, с кислым вкусом и запахом, относительная плотность 1,529 кг/м³. Вызывает удушье. При содержании в воздухе 5% ощущение легкого жжения. Оказывает ядовитое действие на нервные центры. При содержании 1% дыхание учащается, 3% - удваивается даже при состоянии покоя, 5% - дыхание утраивается и становится очень тяжелым, 6% - одышка и слабость, 15… 20% - угрожает смерть.

Сернистый газ (S0₂) — без цвета с характерным резким запахом горящей серы и сладковатым вкусом. Запах S0₂ ощущается при концентрации 0,0005%. Химически очень активен. При содержании 0,002% разъедает слизистые оболочки. Ядовит, опасен для жизни при содержании 0,05%. При отравлении S0₂ нельзя делать искусственное дыхание, так как это может привести к отеку легких.

Сероводород (H₂S) — бесцветный газ с запахом тухлых яиц, весьма ядовит и взрывоопасен. Ощущается запах при содержании 0,0001 …0,0002%. При содержании 0,02% уже через 5… 10 мин сильно разъедает слизистые оболочки глаз и горла, относительная плотность 1,198 кг/м³. Основные признаки отравления H₂S — насморк, кашель, металлический вкус во рту, жжение и боль в глазах, слезотечение, тошнота, головная боль. При сильном отравлении синеют губы, появляется рвота, болезненные позывы на мочеиспускание, сердцебиение, возбуждение или сонливость, затем потеря сознания, судороги и смерть от паралича дыхания.

Пострадавшего следует вынести на свежий воздух, уложить на спину на сухое место или доски, укрыть теплой одеждой и, если он без сознания, сделать искусственное дыхание.

Окислы азота (NO, N0₂). Окись азота (N0) — бесцветный газ с относительным удельным весом р = 1,037 кг/м³. Окись азота с кислородом переходит в двуокись азота (N0₂) — красно-бурый газ с относительным удельным весом р = 1,520. Пары очень ядовиты. При концентрации 0,025% человеку грозит смерть через короткое время вдыхания. Очень опасны, так как вредное действие обнаруживается не сразу, а через 4…6 (иногда 20…30) часов. Хорошо растворимы в воде. Образуются при взрывных работах. Искусственное дыхание делать запрещено.

Меган (СН₄) — газ без цвета, запаха и вкуса, не ядовит, горюч, удельная плотность р = 0,554 кг/м. В воде растворяется слабо. Взрывоопасен. Наибольшая сила взрыва при концентрации 9,5%. Взрывчатые свойства имеет атмосфера с концентрацией СН₄ 5… 14%.

Содержание в воздухе не должно превышать 1% по объему. При содержании 2% и выше рабочие выводятся из забоя.

Различают выделения метана:

• • обыкновенное — из пор и трещин, медленное, но непрерывное;
• • суфлярное — из видимых на глаз трещин в толще угля или породы,

бывает кратковременным и более или менее длительным;

• внезапное — выбросы газа в больших количествах.

Водород (Н₂) — газ без вкуса, запаха и цвета, относительная плотность (по отношению к воздуху) р = 0,069 кг/м³. Взрывается в смеси с воздухом при концентрации 4…74%.

Рудничный воздух в процессе производства работ насыщен пылью. Все источники пылеобразования делят на первичные — при разрушении полезного ископаемого или пород (буровзрывные работы, уборка, транспортировка породы и др.) и вторичные — при которых поднимается в воздух ранее осевшая пыль. Источники пылеобразования характеризуются двумя показателями: интенсивностью пылеобразования и удельным выходом пыли.

Пыль разделяется на металлическую (железная, медная, цинковая и др.), минеральную (кварцевая, угольная, известковая, графитная, аргиллитовая, сланцевая и др.) и смешанную.

По крупности частиц (мкм) пыль делится на микроскопическую — 0,3…0,4; субмикроскопическую — менее 0,3; ультрамикронную (ультратонкую) — 0,01 …0,3.

Наиболее вредна для здоровья минеральная пыль, содержащая двуокись углерода с диаметром частиц менее 5… 10 мк, и очень вредна — при диаметре частиц менее 1 …2 мк.

Предельно допустимые концентрации пыли даны ниже (табл. 71).

Интенсивность поступления пыли при выполнении различных процессов можно определить по формулам:

1. Буровые работы (бурение шпуров):

где Л₅ — интенсивность поступления пыли, мг/с; а — коэффициент, учитывающий долю гонкодисиерсных фракций, режим и схему подачи воды для обеспыливания; v₆ — техническая скорость бурения, мм/мин; d — диаметр шпура (скважины), см; р — плотность пород, г/см'; К — коэффициент, учитывающий влияние числа одновременно действующих буровых машин на интенсивность пылеобразования; К₂ — коэффициент, учитывающий влияние угла заложения шпуров (скважин) на интенсивность пылсвыделсния; К₂ — коэффициент, учитывающий влияние типа используемых буровых машин на интенсивность пылевыделения.

Коэффициент К равен числу одновременно работающих машин при расстоянии между ними более 3…4 м. Значения К₂ принимаются: К₂ = 1 — при бурении горизонтальных шпуров (скважин), К₂ = 1,3 — при бурении по восстанию и К₂ = 0,7 — при бурении нисходящих шпуров. К₃ = 1,3 — при бурении легкими ручными перфораторами массой 18…25 кг, К₂ = 1 — тяжелыми перфораторами массой 25. .45 кг, К₂ = 0,5 — колонковыми перфораторами массой более 60 кг.

Таблица 71.

Способ и режим бурения

Значение а

При нормализованном бурении с осевой промывкой технически чистой водой 15 510⁸

о То же, но с добавкой смачивателей пыли 93 -10.

— 8.

При нормализованном бурении с боковой промывкой чистой водой 93? 10.

То же, но с добавкой смачивателей пыли 57−10 ^х

При вращательном бурении с промывкой чистой водой 1610 ^х

2. Взрывные работы. Количество пыли можно определить по формуле, предложенной Криворожским филиалом ИГД им. М. М. Федорова:

где No — средняя концентрация запыленности воздуха, мг/м³; К_п — коэффициент пропорциональности, К" = 20; K_h — коэффициент, зависящий от степени обводненности забоя (в сухом забое Кь = 0,5; в слабообводненном K_h = 1, среднеобводненном K_h = 2 и сильнообводненном К_ь = 3).

Зона разброса пыли, по А. П. Янову, равна:

где А — количество взрываемого ВВ, кг.

3. Погрузочно-разгрузочные работы. С. Ф. Шепелевым и Г. А. Радченко предложена формула для определения запыленности:

где А_ус — интенсивность поступления пыли, мг/с; b — коэффициент, учитывающий размерность величин; Р — производительность погрузочноразгрузочных работ, т/ч; р — количество пыли, поступающей в воздух при погрузке или разгрузке 1 т материала. Среднее значение р = 10… 15 г/т — при ручной погрузке, р = 5…7 г/т — при скреперной и р = 1…9 г/т — при погрузке погрузочными машинами.

Примерная концентрация пыли на процессах приведена в табл. 72.

Таблица 72.

Уровень концентрации пыли.

Угольная и породная пыль в шахте (горных выработках) является вредным производственным фактором и одной из причин заболевания пневмокониозами. Силикоз приводит к развитию сердечно-легочной недостаточности, довольно медленными темпами к увеличению печени, нарастанию цианоза, отекам нижних конечностей.

К условиям, определяющим характер морфологических изменений в легких при силикозе, в первую очередь следует отнести: количество SiO в пыли; длительность его воздействия; степень запыленности; примесь в кварцсодержащей пыли других минералов и соединений — железа, угля, алюминия и др.; разнообразные внешние и климатические условия, где проводятся работы; индивидуальные особенности, состояние нервной системы и пр.

Эти условия объясняют разнообразие клинического течения и патологической картины силикоза.